微尺度功能梯度梁与蜂窝芯层材料的尺度效应

发布时间：2020-11-14 17:29

　　 材料的典型性能试验观察到微尺度材料的变形规律表现出不同于宏观规律的现象称为尺度效应。具体表现为构件的尺寸越小其刚度强度越大。在微尺度下,微观组织的形态和变形行为将会对材料的整体行为产生较大影响,传统连续介质理论的预设不再适用,不能解释尺度效应。然而含有尺度参数的偶应力理论可以唯象的描述这种现象。基于偶应力理论研究材料的尺度效应对未来微尺度材料的应用具有前瞻性意义。本文立足解决两种微尺度复合材料的尺度效应问题:针对微尺度平面正交各向异性功能梯度梁使用了适用于各向异性材料的新修正偶应力理论,针对由均质材料构成的微尺度蜂窝芯层材料使用了适用于各向同性材料的修正偶应力理论。具体工作总结如下:1.基于新修正偶应力理论建立了能描述尺度效应的各向异性功能梯度微梁屈曲分析模型。基于最小势能原理推导了控制方程及边界条件,基于欧拉梁理论与铁木辛柯梁理论得出了一种较为简洁的屈曲模型和一种适用度较宽的屈曲模型。并以简支梁为例分析了屈曲载荷及尺度效应受材料尺度参数、几何尺寸与功能梯度变化指数的影响。2.针对微尺度蜂窝芯层,建立了芯层Y模型并对其进行了受力分析。基于最小势能原理推导出了各胞壁的控制方程及边界条件。基于修正偶应力理论得到Y模型的变形能,其包含一个尺度参数,可反映材料的尺度效应。通过应变能等效得到微尺度蜂窝芯层等效面内弹性参数。以钛蜂窝芯层为例,得到宏微观模型下的不同结果。讨论了胞元尺寸对等效弹性模量与尺度效应的影响。
【学位单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V414
【部分图文】：

1990 年 7 月第一届国际纳米科技技术会科学为材料科学的一个新分支。而现在对微纳米材料颗粒粉体转到利用微纳米材料已发掘的物理和化学特材料的变形规律会出现不同于宏观规律的尺度效应，秘。米功能梯度材料与蜂窝夹层材料因其卓越的材料性能。关于微纳米功能梯度与蜂窝夹层结构的力学性能研性的指导意义。效应变形规律表现出不同于宏观规律的现象称为尺度效应寸大小相关。自 20 世纪 70 年代纳米颗粒材料问世以关注，学者们针对微尺度材料做了一些材料典型性能铜丝做了扭转试验，试验观察到当铜丝的直径从 170纲剪切刚度显著增大。其观察结果见图 1. 1。

图 1. 2 Stolken 镍片无量纲化弯曲强度尺度材料典型性能试验均观察到材料的尺度效应。其出现尺寸与材料颗粒尺寸相近，微观组织的形态和变形对宏观材料响，材料颗粒的固有属性不再无限可分，传统连续介质理论解释尺度效应。于是一些学者提出了含有尺度参数的偶应力。度材料介绍及研究现状料(Functionally gradient materials, FGMs)是由几种材料复合而素沿材料某一方向连续变化，可具有特殊功能的材料(见图

图 1. 2 Stolken 镍片无量纲化弯曲强度料典型性能试验均观察到材料的尺度效应料颗粒尺寸相近，微观组织的形态和变形料颗粒的固有属性不再无限可分，传统连度效应。于是一些学者提出了含有尺度参介绍及研究现状nctionally gradient materials, FGMs)是由几种料某一方向连续变化，可具有特殊功能的
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本文编号：2883750